JP2001358526A - 二帯域マイクロ波放射エレメント - Google Patents

二帯域マイクロ波放射エレメント

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JP2001358526A
JP2001358526A JP2001121603A JP2001121603A JP2001358526A JP 2001358526 A JP2001358526 A JP 2001358526A JP 2001121603 A JP2001121603 A JP 2001121603A JP 2001121603 A JP2001121603 A JP 2001121603A JP 2001358526 A JP2001358526 A JP 2001358526A
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    • H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
    • H01Q5/45—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements using two or more feeds in association with a common reflecting, diffracting or refracting device
    • H01Q5/47—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements using two or more feeds in association with a common reflecting, diffracting or refracting device with a coaxial arrangement of the feeds

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、サイズが小さくわずかな損失です
む、別々の二つの帯域または二つの副帯域において円偏
波で作動する放射エレメントを提供する。 【解決手段】 第一の周波数帯域で電磁波を伝送するこ
とができる第一の手段と、第二の周波数帯域で電磁波を
伝送することができる第二の手段とを有するマイクロ波
放射エレメント１であって、第一及び第二の手段が同軸
であることを特徴とする放射エレメント。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、マイク
ロ波領域における衛星通信またはレーダタイプの用途の
枠組みにおいて、別々の二つの帯域または二つの副帯域
において円偏波で作動する放射エレメントに関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】通信の場合は、このタイプの放射エレメ
ントは、とりわけ、システムの種々のアセンブリ間の通
信を可能にすることができるように、衛星に搭載され
る、または地上に配置されるアンテナの中に組み入れら
れる。
【０００３】たとえば帯域Ｋａの２０／３０ＧＨｚのよ
うに異なる周波数帯域、または同一帯域の異なる範囲を
用いることは、非常に広い帯域において作動することが
可能な放射装置の使用を必要とする。
【０００４】比較的広い周波数帯域のこうした必要性
は、放射エレメントが、送信及び受信のために異なる周
波数の２つの副帯域において作動しなければならない場
合には、いっそう明らかである。
【０００５】実際に、この場合、それら周波数副帯域
は、送信信号と受信信号が互いに干渉し合うことを防ぐ
ために、比較的離れていることが重要である。
【０００６】ところで、比較的広い帯域で作動する従来
の放射装置は体積が大きく、したがって、製造コストが
高くつき、利用法も複雑である。
【０００７】さらに、広い帯域のこのタイプの装置は、
それらの構造のため、比較的限定された面積効率を有す
る。
【０００８】従来の方法では、複数の帯域または同一周
波数帯域の複数の副帯域において作動する放射エレメン
トを開発することが必要であった。
【０００９】欧州特許出願０ １３０ １１１によっ
て、たとえば、高周波数での大きな分解能と、低周波数
での広い範囲とを有することができるように、少なくと
も２つの周波数を送信することができるレーダ源が知ら
れている。
【００１０】このレーダ源は、第５番目の導波管を取り
囲む４つの導波管を使用する。
【００１１】４つの周辺の導波管は、たとえば、１６Ｇ
Ｈｚに中心を置くＫｕ帯域で作動し、また中央導波管
は、１０ＧＨｚに中心を置くＸ帯域で作動することがで
きる。
【００１２】しかしながら、このような装置は、直線偏
波によってしか作動せず、円偏波は、ハイブリッドカプ
ラを付け加えることを必要とし、その結果、装置のサイ
ズが大きくなり、コストも高くなる。さらに、高周波数
用のハイブリッドカプラは、回路内で大きな損失を生じ
る。
【００１３】従来のこのような装置はまた、正確な放射
を行うためには、体積が大きく複雑な給電システムを必
要とし、その結果、さらに大きな場所とコストを占める
ことになる。
【００１４】さらに、このような源を有するアンテナ
は、最大周波数と最小周波数との間に存在する隔たりの
ため、大きな作動上の制約を生じない比である、６以上
の最大周波数と最小周波数との比で作動するためのもの
である。
【００１５】しかしながら、このようなアンテナは、最
大周波数と最小周波数との比が１．２２から２の間の場
合には、アンテナの種々の部品間に存在する相互作用に
よって、効果的でなくなってしまう。
【００１６】さらに、また特にフランス特許出願９８
０６２００によって、集積回路タイプの回路を介して作
動し、ハイブリッドカプラを使用しないですむ「平面」
アンテナと呼ばれるアンテナが知られている。
【００１７】しかしながら、１．２２から２の間の周波
数比で平面アンテナを作動させると、特にそのコンパク
トさのために、高帯域及び低帯域で作動するエレメント
のカップリングに起因する大きな損失が生じてしまう。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】このような背景におい
て、本発明は、サイズが小さく、わずかな損失ですむ、
二帯域マイクロ波放射エレメントであって、たとえばハ
イブリッドカプラのような追加回路を備えることを必要
とせずに、円偏波がアンテナ自体の放射部分によって発
生する、放射エレメントを提案することによって、これ
らの欠点を解消することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】そのため、本発明によれ
ば、第一の周波数帯域で電磁波を伝送することができる
第一の手段と、第二の周波数帯域で電磁波を伝送ことが
できる第二の手段とを備えた、マイクロ波放射エレメン
トは、第一及び第二の手段が同軸であり、第一の手段
は、同軸となるように第二の手段を収容することができ
る金属製の中空導波管を備えることを特徴とする。
【００２０】第一の実施形態によれば、第二の手段もま
た、金属製の中空導波管を備える。
【００２１】第二の実施形態によれば、第二の手段は、
いずれも誘電材料でできたコアとカバーを備えた導波管
を有する。例えば、誘電性の導波管が、Ｈ１１ハイブリ
ッドモードだけを伝播することができるマイクロ波ファ
イバである。
【００２２】好ましくは、第一の実施形態においては、
第一及び第二の手段を構成する導波管は、各々の先端に
偏波器を備え、該偏波器は互いに重なり合って、偏波器
の形状は電磁波の偏波が円形になるようなものである。
【００２３】好ましくは、偏波器は、長方形また楕円形
の横断面を有する。
【００２４】本発明の放射エレメントの好ましい第二の
実施形態によれば、誘電性の導波管の形状は、電磁波の
偏波が円形となるようなものである。
【００２５】好ましくは、誘電性の導波管のコアは、前
記導波管のカバーから延長する、楕円形、長方形または
楕円面の横断面を有する延長部を備える。
【００２６】添付の図面を参照して、いかなる場合にも
限定的でない、例示的な実施形態を以下に説明すること
で、本発明がより明らかになるだろう。
【００２７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明による放射エレメ
ント１の第一の実施形態の概略的透視図を示している。
【００２８】放射エレメント１は、伝播される波を発生
する第一の励起ポート２を備える。励起ポート２は、図
１の実施形態においては、同軸タイプであり、管状の周
辺部分２ａと、周辺部分２ａの中心に配置された円筒形
の中央部分２ｂとを有する（図２及び３参照）。
【００２９】励起ポート２は、ストリップ線路のような
他の何らかの従来の励起技術を使用することができ、あ
るいはまた、他の導波管で構成されることもできる点に
留意されたい。
【００３０】励起ポート２は、中央部分２ｂを介して、
従来の方法で、たとえば、およそそ３０ＧＨｚ、より正
確には２７．６ＧＨｚから２９ＧＨｚのＫａ帯域におい
て作動することができる、第一の供給導波管３の第一の
先端に連結される。
【００３１】供給導波管３（以下、導波管３と呼ぶ）
は、励起ポート２に垂直であり、縦軸Ｚを有する細長い
中空ダクトの形をとり、長方形横断面をもち、直線偏波
された電磁波を伝播させることができる。
【００３２】励起ポート２が存在する先端とは反対側の
先端で、導波管３は、導波管３の軸Ｚ方向への延長部に
おいて、整合変換器４で構成された移行セクションを有
する。
【００３３】整合変換器４は、導波管３の断面形状と同
じだが、軸Ｚに平行な縦方向寸法を除いては、寸法はよ
り大きい中空導波管で構成される。
【００３４】導波管３は、整合変換器４上で中心合わせ
され、一列に並べられ、導波管３と整合変換器４とを構
成する種々の面は互いに平行となる。
【００３５】整合変換器４の延長部には、整合変換器４
の断面より大きな寸法の長方形断面をもち、平行六面体
で同じく中空であり、３０ＧＨｚで作動する偏波器５が
存在する。
【００３６】信号の円形偏波を生成するために、偏波器
５は、導波管３に整列される整合変換器４に対して、軸
Ｚの周りで角度方向に４５°ずれている。
【００３７】ここでは長方形断面を有する偏波器５は、
信号の円形偏波を得るために、楕円形とすることもでき
る。
【００３８】これら３つのエレメント、導波管３と整合
変換器４と偏波器５とは、たとえば金属製であり、溶
接、機械加工、放電加工のような従来の何らかの技術に
よって、それらの面のいずれか一つのレベルで、端と端
を連結される、または鋳造によって製造される。
【００３９】さらに、整合変換器４のような複数の移行
セクションを、図１から３に表されている実施形態にお
いて、導波管３と偏波器５との間に備えることができる
点に留意されたい。
【００４０】第一の導波管３は、第一の導波管３より大
きな寸法のほぼ長方形の断面をもつ中空の第二の供給導
波管６の内部に、同軸となるように配置される。導波管
３及び６の各々の面は互いに平行である。
【００４１】第二の導波管６は、最も大きな面のいずれ
か一つにおいて、導波管３の軸Ｚに平行な長方形断面を
有する溝６ａを形成する、内側に向ってわずかな窪みを
有する。
【００４２】「リッジ（仏語で、ｒｉｄｇｅ）」とも呼
ばれるこの溝６ａは、ただ一つの基本モードに、このよ
うな溝６ａを備える導波管によって搬送される電磁波の
伝播を制限することができる。
【００４３】このようなリッジ６ａを備える導波管は、
リッジ付き導波管と呼ばれる。
【００４４】軸Ｚの方向における第一の導波管３より短
い第二の導波管６は、同軸タイプの第二の励起ポート７
に連結される。同軸とは別の何らかの技術も考えること
ができる。
【００４５】第二の導波管６はまた、およそ２０ＧＨｚ
で、たとえば１７．８ＧＨｚから１９．２ＧＨｚの間
で、Ｋａ帯域において作動する。
【００４６】第一の導波管３は、リッジ６ａのレベルで
第二の導波管６に結合され、前記リッジ６ａの幅は、第
一の導波管３の幅に対応する。
【００４７】第二の供給導波管６の延長部には、整合変
換器８で構成された移行セクションが存在する。
【００４８】整合変換器８は、リッジ８ａを備える導波
管（リッジ付き導波管）であり、その横断面は、第二の
供給導波管６と同じ形状であるが、より大きな寸法を有
する。
【００４９】こうして、リッジ６ａと８ａは一列に並
び、第一の導波管３の軸Ｚに平行になる。
【００５０】第二の導波管６が存在する側とは反対側で
は、整合変換器８が偏波器９に連結される。
【００５１】偏波器９は、少なくとも部分的に、高帯域
の偏波器５を含むために十分に大きい寸法を有するほぼ
長方形の横断面を有する。
【００５２】偏波器５と同様に、偏波器９は、信号の円
偏波を生成できるように、整合変換器８と導波管６に対
して、軸Ｚの周りで角度方向に４５°ずれている。
【００５３】偏波器９は、たとえば、導波管６と整合変
換器８の中に伝播する信号の直線偏波から、円偏波を生
成することができる楕円形の横断面のような、異なる形
状を有することができる。
【００５４】図１から３の実施形態においては、放射エ
レメント１の種々の部品の形状及び構成は、偏波器５及
び９が同じように方向づけられるようなものであり、面
はそれぞれ互いに平行となる。偏波器５及び９のその相
対的配置によって、２つの帯域について同じ方向の円偏
波を得ることができる。
【００５５】しかしながら、反対方向の円偏波の場合に
は、偏波器５及び９は、互いに９０°の角度に方向づけ
られるだろう。
【００５６】このようにして、本発明の放射エレメント
１は、偏波器５及び９の相対的配置にしたがって、円偏
波の４つの異なる構成、すなわち右と右、右と左、左と
右、左と左、を得ることが可能である。
【００５７】図２は、種々の部品の相互の方向が明示さ
れている、図１とは異なる角度から見た図１の放射エレ
メントの概略図である。
【００５８】したがって、放射エレメント１は、独立し
たポートを有する第一及び第二の同軸回路で構成され
る。第一の回路は、励起ポート２と供給導波管３と整合
変換器４と偏波器５とで構成され、高帯域（３０ＧＨ
ｚ）で作動する。第二の回路は、励起ポート７とリッジ
付き供給導波管６と整合変換器８と偏波器５とを有し、
低帯域（２０ＧＨｚ）で作動する。
【００５９】図３の側面図は、放射エレメントの種々の
部品の相対的配置と、特に偏波器５及び９の相対的位置
を再び示している。
【００６０】偏波器５はその大部分が、偏波器９内に含
まれ、軸Ｚの方向にはわずかしか突出していない。しか
しながら、変形実施形態によれば、偏波器５（３０ＧＨ
ｚ）はまた偏波器９（２０ＧＨｚ）内に完全に含まれ
る、または全体が偏波器９（２０ＧＨｚ）の外に出るこ
ともできる。
【００６１】供給導波管３及び６については、それぞ
れ、整合変換器４及び８を介して、偏波器５及び９の中
に通じている。
【００６２】したがって、放射エレメント１は、異なる
２つの周波数帯域、すなわち、より正確には、一方が送
信用（高帯域）で、他方が受信用（低帯域）である、独
立してアクセスできる２つの副帯域において作動するこ
とができる。
【００６３】さらに放射エレメント１の独自の形状によ
って、電磁波の円偏波を得ることができる。
【００６４】図４は、本発明による放射エレメント１の
第二の実施形態の概略的透視図を示している。
【００６５】図１から３の第一の実施形態と同じ放射エ
レメント１の部品には、同じ参照符号が付されている。
【００６６】このようにして、以下を含む放射エレメン
ト１の低帯域部分（２０ＧＨｚ）の全体が存在する。
【００６７】励起ポート７、リッジ付供給導波管６、リ
ッジを備えていない整合変換器８、および偏波器９。
【００６８】整合変換器８上にリッジがないことに加え
て、放射エレメント１の第一の実施形態との違いは、高
周波回路のレベルにある。
【００６９】高周波エレメントは、先の図面の導波管３
に類似した金属製の供給導波管１０の第一の先端に連結
された、図１から３の実施形態と同じ同軸型の励起ポー
ト２を有する。
【００７０】実際に、導波管１０は、導波管３と同じ横
断面を有するが、長さ（軸Ｚに沿った）は短い。導波管
１０は、図１から３における導波管３と同じようにリッ
ジ６ａのレベルで、導波管６の中に収納される。
【００７１】導波管１０は、ほぼ、導波管６と整合変換
器８との接合部のレベルで中断され、他の何らかの構成
が可能である。ここで、導波管１０は、従来の方法で、
導波管１０の延長部内に配置されたマイクロ波ファイバ
１１に連結される。
【００７２】マイクロ波ファイバ１１は、軸Ｚと一致す
る軸をもつ誘電体導波管であり、Ｈ１１ハイブリッドモ
ード（基本モード）だけを伝播する。
【００７３】ファイバ１１は、光ファイバのように、管
状の中空カバー１３に取り囲まれた円筒形１２の中実コ
アを有する。コア１２及びカバー１３は、たとえば、一
方を他方の内へ締まりばめすることによって、または滑
動させてはめ込み、接着剤によってともに結合させるこ
とによって、取付けられる。
【００７４】理想的には、マイクロ波ファイバは、従来
通り「ステップインデックス型」と呼ばれるタイプの誘
電材料で製造され、カバー１３は、Ｈ１１ハイブリッド
モードを正確に閉じ込めるために、相対的に高い屈折率
（たとえば最低でも１０）を有する。理想的には、コア
１２の屈折率は、カバー１３の屈折率よりわずかに高
い。
【００７５】使用することができる材料は、たとえば、
合成サファイア、酸化ベリリウム、アルミナなどであ
る。
【００７６】導波管１０とマイクロ波ファイバ１１との
間の連結は、励起ポート２に近い先端に、導波管１０内
に入り込む延長部１２ａを有するコア１２を介して行な
われる。この延長部１２ａは、軸Ｚの方向に口が広がっ
ているほぼ円錐形をしている。
【００７７】有利には、高周波用の偏波器を使用しない
ですますために、マイクロ波ファイバ１１は、２つの直
交Ｈ１１モードＨの生成によって円偏波を生じることが
可能になるような形状を有する。
【００７８】そのために、マイクロ波ファイバ１１のコ
ア１２は、第一の延長部１２ａと反対側のカバー１３の
外に、横断面が楕円形の第二の延長部１２ｂにおいて延
長している。
【００７９】カバー１３に取り囲まれたコア１２の部分
の形状とは反対に、ファイバ１１のコア１２の放射部分
１２ｂの楕円面の独自の形状（軸Ｚに平行な主軸をも
つ）は、追加の部品を備えることを必要とせずに、簡単
に、円偏波の波を発生させることができる。
【００８０】図１から３の第一の実施形態についてと同
様に、高帯域で作動する放射エレメント１の部品は、低
帯域で作動する中空金属部品内に同軸方向に配置され
る。
【００８１】このようにして、供給導波管１０とマイク
ロ波ファイバ１１は、リッジ付供給導波管６と整合変換
器８とさらに偏波器９とを横断する。
【００８２】本発明は、図１から４と関連して説明した
実施形態に限定されるものではなく、同軸型放射エレメ
ント１内で波の円偏波を生じさせるために、種々のエレ
メントについて、特に供給導波管３、６、１０、偏波器
５及び９、またはファイバ１１について、他の形状また
は構成を考えることもできる。
【００８３】採用された形状に関係なく、本発明は、追
加の回路に頼らずに円偏波を生成させることができ、場
所を取らず、周波数の各副帯域について独立したポート
を有し、１．２２から２までの作動周波数比をもつこと
ができる、二帯域放射エレメントを得ることを可能にす
る。
【００８４】このタイプの放射エレメントは、たとえば
Ｋａ帯域のような高周波数にとりわけ適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による放射エレメントの第一の実施形態
の概略的透視図である。
【図２】他の角度から見た図１の放射エレメントの概略
的透視図である。
【図３】図１の放射エレメントの側面図である。
【図４】本発明による放射エレメントの第二の実施形態
の概略的透視図である。
【符号の説明】
１ 放射エレメント ２、７ 励起ポート ２ａ 周辺部分 ２ｂ 中央部分 ３、６、１０ 供給導波管 ４、８ 整合変換器 ５、９ 偏波器 ６ａ 溝（リッジ） ８ａ リッジ
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｑ 25/00 Ｈ０１Ｑ 25/00 Ｆターム(参考） 5J021 AA02 AB07 CA02 GA08 HA05 HA07 JA03 JA06 5J045 AA03 AA13 AA21 DA01 HA06 NA02

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第一の周波数帯域で電磁波を伝送するこ
    とができる第一の手段と、第二の周波数帯域で電磁波を
    伝送することができる第二の手段とを有するマイクロ波
    放射エレメント（１）であって、第一の手段は、同軸方
    向に第二の手段を収納することができる金属製の中空導
    波管（６）を備え、第二の手段は、同じく金属製の中空
    導波管（３）を備え、さらに第一及び第二の手段を構成
    する導波管（３、６）が、各々の先端に偏波器（５、
    ９）を有し、該偏波器が互いに重なり合うことを特徴と
    する放射エレメント。
  2. 【請求項２】 第二の手段が、いずれも誘電材料ででき
    たコア（１２）とカバー（１３）とを有することを特徴
    とする請求項１に記載の放射エレメント。
  3. 【請求項３】 誘電性の導波管が、Ｈ１１ハイブリッド
    モードだけを伝播することができるマイクロ波ファイバ
    （１１）であることを特徴とする請求項２に記載の放射
    エレメント。
  4. 【請求項４】 偏波器（５、９）の形状が、電磁波の偏
    波が円形となるようなものであることを特徴とする請求
    項１に記載の放射エレメント。
  5. 【請求項５】 偏波器（５、９）が、長方形または楕円
    形の横断面を有することを特徴とする請求項４に記載の
    放射エレメント。
  6. 【請求項６】 誘電性の導波管が、電磁波の偏波が円形
    となるようなものであることを特徴とする請求項２また
    は３に記載の放射エレメント。
  7. 【請求項７】 誘電性の導波管のコア（１２）が、カバ
    ー（１３）の外に、楕円形、長方形または楕円面の横断
    面を有する延長部（１２ｂ）を備えることを特徴とする
    請求項６に記載の放射エレメント。
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